EP1355764B1 - Luftfederschlagwerk mit kurz bauendem antriebskolben - Google Patents

Luftfederschlagwerk mit kurz bauendem antriebskolben Download PDF

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EP1355764B1
EP1355764B1 EP02712875A EP02712875A EP1355764B1 EP 1355764 B1 EP1355764 B1 EP 1355764B1 EP 02712875 A EP02712875 A EP 02712875A EP 02712875 A EP02712875 A EP 02712875A EP 1355764 B1 EP1355764 B1 EP 1355764B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
striking
guide sleeve
pneumatic spring
striking mechanism
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP02712875A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1355764A1 (de
Inventor
Rudolf Berger
Wolfgang Schmid
Mirko Lysek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wacker Construction Equipment AG
Original Assignee
Wacker Construction Equipment AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Wacker Construction Equipment AG filed Critical Wacker Construction Equipment AG
Publication of EP1355764A1 publication Critical patent/EP1355764A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1355764B1 publication Critical patent/EP1355764B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D11/00—Portable percussive tools with electromotor or other motor drive
    • B25D11/04—Portable percussive tools with electromotor or other motor drive in which the tool bit or anvil is hit by an impulse member
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D11/00—Portable percussive tools with electromotor or other motor drive
    • B25D11/005—Arrangements for adjusting the stroke of the impulse member or for stopping the impact action when the tool is lifted from the working surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D11/00—Portable percussive tools with electromotor or other motor drive
    • B25D11/06—Means for driving the impulse member
    • B25D11/12—Means for driving the impulse member comprising a crank mechanism
    • B25D11/125—Means for driving the impulse member comprising a crank mechanism with a fluid cushion between the crank drive and the striking body
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D17/00—Details of, or accessories for, portable power-driven percussive tools
    • B25D17/06—Hammer pistons; Anvils ; Guide-sleeves for pistons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D9/00—Portable percussive tools with fluid-pressure drive, i.e. driven directly by fluids, e.g. having several percussive tool bits operated simultaneously
    • B25D9/04—Portable percussive tools with fluid-pressure drive, i.e. driven directly by fluids, e.g. having several percussive tool bits operated simultaneously of the hammer piston type, i.e. in which the tool bit or anvil is hit by an impulse member

Definitions

  • the invention relates to an air spring impact mechanism for a shock and / or Rotary hammer according to the preamble of claim 1.
  • Air spring impact values are known from DE-A-19 828 426.
  • the percussion takes relatively little space and is inexpensive to produce.
  • the percussion piston reaches one high impact speed.
  • Particularly advantageous is the reliable Start-up behavior of the impact mechanism from idling.
  • the invention is therefore based on the object, while maintaining the positive Features of the striking mechanism further reduce the idling to achieve occurring vibrations.
  • the percussion piston In normal impact mode, the percussion piston is therefore still at least axially movable with a part in the guide sleeve of the drive piston.
  • the operator raises the shock and / or Hammer drill together with the tool to be machined Rocks, causing the tool shank to slide out of the hammer.
  • the percussion piston has the opportunity to do likewise continue to move forward, in the direction of impact and glides out of the Guide sleeve out. Ideally, it moves completely out the front end of the guide sleeve and is only through the Impact housing held. This will clear the cavity Impact piston and drive piston open, so that during further movement of the drive piston air in the air spring enclosing cavity penetrate and suck back the percussion piston and subsequent Can prevent blows.
  • a reliable idling behavior is the Episode.
  • the axial Length of the guide sleeve of the drive piston smaller than a maximum Axialweg the percussion piston between its extreme positions.
  • the axial The length of the guide sleeve must be dimensioned such that the Impact piston in impact operation reliably in the guide sleeve hinund can be moved; in idle mode, however, the percussion piston must completely slip out of the guide sleeve.
  • the recording allows the construction of a negative pressure to hold the Impact piston, as will be explained later.
  • the movement of the percussion piston can be performed in various ways. It is particularly advantageous if the percussion piston in both idle as well as in impact operation exclusively by the impact mechanism housing, z. B. with his piston shaft, is performed. This may be so be exploited that in impact mode, so when the piston head of the percussion piston is located in the guide sleeve of the drive piston, the Guide sleeve is guided by the percussion piston, but not by the impact mechanism housing. In this way, you can get unwanted duplicates be avoided, which could occur when both the guide sleeve as well as the percussion piston each guided in the percussion mechanism housing would. A guide of the piston head of the percussion piston in idle mode is not necessary with sufficient guidance of the piston skirt. Accordingly, the above-described recording for the Piston head in Schlagtechniksgephaseuse be sufficiently large, to avoid tolerance problems.
  • the air spring can be ventilated in idle mode via the front end of the guide sleeve and Relaxable, wherein the guide sleeve no further idling openings to ventilate the air spring in idling mode.
  • the guide sleeve no further idling openings to ventilate the air spring in idling mode.
  • the percussion piston is completely made the guide sleeve emerges and thus the front side of the guide sleeve is exposed, Additional idling openings are not required.
  • the omission of idling openings has the consequence that the manufacturing cost of the drive piston decrease and the susceptibility to cracking or breakage due to omission the otherwise caused by the idling openings notch effect reduced becomes. Furthermore, not least because of the shorter length of Drive piston reduce tolerance problems.
  • At least one air compensation slot in the guide sleeve is provided, which has an axial length, the larger as the axial length of the piston head of the percussion piston. Leave it Air losses of the air spring, which occurred during the impact generation always balance again when the piston head is at height the air compensation slot is located. Then that means a short one Moment the air spring behind the piston head with the environment in front of the Piston head in connection. If at this time the drive piston already in its return movement and thus a suction effect on the percussion piston, is due to the negative pressure in the air spring additional air in the cavity between the drive piston and percussion piston sucked.
  • the air balancing slot allows the guide sleeve can be performed with minimal wall thickness.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that on the recording, the piston head in idle mode in the percussion gear housing holds, a one-way valve is provided, one between the intake, the front cavity formed with the piston head and the piston skirt the environment of the percussion, z. B. connects a crank chamber of the hammer.
  • a one-way valve is provided, one between the intake, the front cavity formed with the piston head and the piston skirt the environment of the percussion, z. B. connects a crank chamber of the hammer.
  • the percussion piston from a piston head and a different one from it by its geometrical dimensions Piston shaft consists. Rather, the piston head and the Piston shaft of the percussion piston in another embodiment of the invention also have a substantially same diameter.
  • FIG. 1 shows a schematic section through an inventive air spring impact mechanism, the Z. B. in a hammer and / or hammer drill Use comes.
  • Figs. 2 and 3 show the same air spring impact mechanism, however with different positions of the moving pistons.
  • a drive piston 1 is connected via a rotationally driven crankshaft. 2 and a connecting rod 3 is set in an oscillating axial movement.
  • the drive piston 1 consists essentially of a guide sleeve 4 and a Guide sleeve 4 on a rear end final piston crown 5.
  • the connecting rod 3 is pivotable in a known Way connected.
  • the drive piston 1 is with its guide sleeve 4 in a percussion tube 6 axially movable.
  • the percussion tube 6 is part of a percussion gear housing.
  • a percussion piston 7 is shown in Fig. 1, the essentially consists of a piston head 8 and a piston shaft 9, wherein the piston head 8 is movable in the interior of the guide sleeve 4.
  • the piston shaft 9 is in a belonging to the percussion housing housing tube 10 led.
  • the drive piston 1 and the percussion piston 7 means that the percussion piston 7 with his piston shaft 9 is guided in the housing tube 10 and in turn via the piston head 8, the guide sleeve 4 of the drive piston 1 leads.
  • a cavity 11 is enclosed, in which an air spring is formed, when the drive piston 1 is reciprocated.
  • the air spring is the oscillating movement of the drive piston 1 on the percussion piston. 7 which retraces the movement and retraces with the drive piston 1 facing away, front end of the piston skirt 9 on a not shown shank of a tool, also not shown, or can strike on a striker, not shown, in a known manner. 1 shows the percussion piston 7 in its impact position, ie in the position, in which he hits the tool shank or striker.
  • FIG. 1 shows just a part of an air compensation slot 12, which extends in the guide sleeve 4 with an axial length, the larger is, as the axial length of the piston head 8.
  • the axial length of the air compensation slot 12 can be better seen in Fig. 3, where the air equalization slot 12 is not covered by the piston head 8. Thereby it is possible that the air spring in the cavity 11 via the air equalization slot 12 with a cavity 13 in front of the percussion piston 7 briefly in connection stands.
  • Fig. 3 shows the position of the percussion piston 7, when the Luftfedertschtechnik idle mode.
  • the idle mode adjusts itself when the operator lifts the tool off the rock to be worked. Thereby Slips the tool shank and possibly the striker something out of the Housing of the hammer out, causing the percussion piston 7 in a position can reach, which is still before the impact position shown in Fig. 1, namely in the idle position shown in Fig. 3.
  • the percussion piston 7 slides with its piston head 8 out of the guide sleeve 4 and enters a percussion gear housing associated recording 16, in which he in the shown in Fig. 3 Idle position is held.
  • the drive piston 1 in turn leads due the continuous rotational movement of the crankshaft 2 its back and forth Moving away.
  • the provision of the receptacle 16 is not mandatory required. In a variant of the invention not shown is none Receiving 16 provided so that the percussion piston 7 after exiting the guide sleeve 4 is guided exclusively on its shaft.
  • Air can penetrate through the openings 14 in the interior of the guide sleeve 4 or - in a forward movement of the drive piston 1 - also flow out again, so that in the cavity 11 of the guide sleeve 4 no Can form air spring.
  • the operator sets the tool on the rock to be worked on, which is the tool shaft and if necessary, the striker displaced into the interior of the housing of the hammer and the percussion piston 7 pushes out of the receptacle 16 until he Covering the front side of the guide sleeve 4 and introduced into the guide sleeve 4. Since the cavity 11 in the guide sleeve 4 characterized by the environment completed, an air spring can build up again very quickly, whereby the impact operation is continued.
  • the openings 17 connect the space 13 (front Cavity) in front of the piston head 8 through openings 19 and the air channels 15 with the environment.
  • the rubber ring 18 is located above the openings 17th It becomes somewhat in the event of pressure build-up in the front cavity 13 lifted so that the air from the front cavity 13 through the openings 17 and the openings 19 can escape to the environment (at a pressure build-up by the forward movement of the percussion piston 7). Of the Impact piston 7 thereby has the ability to completely into the receptacle 16th penetrate.
  • the receptacle 16 it is not necessary that the receptacle 16 the piston head 8 in the in The manner shown in the figures closely or annularly encloses. As above executed, in a variant of the invention, the receptacle 16th completely missing. Alternatively, the annular portion of the receptacle 16 a have sufficient distance to the piston head 8 to the risk of To avoid double adjustments. It should be noted that the Percussion piston 7 with its piston shaft 9 is already sufficiently performed.
  • a percussion piston comes 7 used, the piston head 8 with a larger diameter and a piston skirt 9 has a smaller diameter.
  • the basic principle the invention namely the escape of the percussion piston from the guide sleeve of the drive piston and the associated short design
  • the drive piston can also be used in other shaped percussion piston apply.
  • the percussion piston only off consists of a piston head, or that of the piston head and the piston shaft have substantially the same diameter.
  • the drive piston not - as in the above described embodiment - is made in one piece, but composed of different components. So it may be z. B. for be further reduction of the mass of the drive piston, the Guide sleeve made of steel, the piston crown, however, made of plastic or to produce another lightweight material.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Luftfederschlagwerk für einen Schlag- und/oder Bohrhammer gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein solches Luftfederschlagwerte ist aus der DE-A-19 828 426 bekannt.
Unter den heute üblichen Schlagwerkstypen für Bohr- oder Schlaghämmer hat sich vor allem eine Bauart bewährt, bei der ein als Hohlkolben ausgeführter Antriebskolben über einen Kurbeltrieb in eine oszillierende Axialbewegung versetzt wird. Im Inneren des im Gehäuse des Hammers geführten Antriebskolbens wird ein massiver Schlagkolben bewegt, der an dem offenen Ende des hohlen Antriebskolbens vorsteht und zyklisch ein Meißelwerkzeug oder einen zwischengeschalteten Döpper beaufschlagt. In einem Hohlraum zwischen dem Schlagkolben und dem Antriebskolben bildet sich dazu eine Luftfeder aus, die die aufgezwungene Bewegung des Antriebskolbens auf den Schlagkolben überträgt und diesen gegen das Werkzeug treibt.
Das Schlagwerk nimmt verhältnismäßig wenig Bauraum in Anspruch und ist kostengünstig herzustellen. Darüber hinaus erreicht der Schlagkolben eine hohe Stoßgeschwindigkeit. Besonders vorteilhaft ist auch das zuverlässige Anlaufverhalten des Schlagwerks aus dem Leerlauf.
Als nachteilig hat sich jedoch die hohe Masse des Antriebskolbens erwiesen, da dieser durch den Antrieb auch im Leerlauf hin- und herbewegt wird, d. h. in einem Zustand, in dem das Werkzeug kein Material bearbeitet. Die verhältnismäßig großen schwingenden Massen erschweren das Handhaben des Hammers im Leerlauf.
Aus der DE 198 28 426 A1 ist ein Luftfederschlagwerk bekannt, bei dem der Antriebskolben im Wesentlichen aus einem Kolbenboden und einer Führungshülse besteht, in der der Schlagkolben hin- und herbewegbar ist. Die Wandstärke der Führungshülse ist sehr klein, wodurch auch das Gewicht des Antriebskolbens und die insbesondere im Leerlauf auftretenden Schwingungen gering sind. In der Führungshülse sind mehrere Luftausgleichsschlitze vorgesehen, über die nach jedem Schlag Luft in die Luftfeder zwischen Schlagkolben und Antriebskolben eindringen kann, um eventuell während des Schlagvorgangs aufgetretene Luftverluste auszugleichen. Weiterhin sind in der Führungshülse Leerlauföffnungen vorgesehen, die einen zuverlässigen Übergang vom Schlagbetrieb in den Leerlaufbetrieb ermöglichen.
Auch wenn die insbesondere im Leerlauf auftretenden Schwingungen bei dem Luftfederschlagwerk gemäß DE 198 28 426 A1 deutlich verringert werden konnten, ist eine weitere Reduzierung der Masse des Antriebskolbens und damit eine entsprechende Verkleinerung der Leerlaufschwingungen erwünscht.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung der positiven Merkmale des Schlagwerks eine weitere Reduktion der im Leerlauf auftretenden Vibrationen zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Luftfederschlagwerk gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Im normalen Schlagbetrieb ist der Schlagkolben folglich nach wie vor zumindest mit einem Teil in der Führungshülse des Antriebskolbens axial bewegbar. Zum Übergang in den Leerlaufbetrieb hebt der Bediener den Schlagund/oder Bohrhammer zusammen mit dem Werkzeug vom zu bearbeitenden Gestein ab, wodurch der Werkzeugschaft etwas aus dem Hammer herausgleitet. Der Schlagkolben hat dementsprechend die Möglichkeit, sich ebenfalls weiter nach vorne, in Schlagrichtung zu bewegen und gleitet aus der Führungshülse heraus. Idealerweise bewegt er sich dabei vollständig aus dem vorderen Ende der Führungshülse heraus und wird nur noch durch das Schlagwerksgehäuse gehalten. Dadurch wird der Hohlraum zwischen Schlagkolben und Antriebskolben geöffnet, so dass bei der weiteren Bewegung des Antriebskolbens Luft in den die Luftfeder umschließenden Hohlraum eindringen und ein Rücksaugen des Schlagkolbens sowie nachfolgende Schlagvorgänge verhindern kann. Ein zuverlässiges Leerlaufverhalten ist die Folge.
Wenn der Bediener das Werkzeug wieder auf das Gestein aufsetzt, verschiebt sich der Werkzeugschaft in das Innere des Hammers, wodurch auch der Schlagkolben wieder zurück in die Führungshülse des Antriebskolbens gedrückt wird. Dadurch wird der Hohlraum zwischen Antriebskolben und Schlagkolben verschlossen, so dass sich die Wirkung der Luftfeder entfalten und der Schlagbetrieb von neuem aufgenommen werden kann.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die axiale Länge der Führungshülse des Antriebskolbens kleiner als ein maximaler Axialweg des Schlagkolbens zwischen seinen Extremstellungen. Die axiale Länge der Führungshülse muss dabei derart bemessen sein, dass der Schlagkolben im Schlagbetrieb zwar zuverlässig in der Führungshülse hinund herbewegt werden kann; im Leerlaufbetrieb jedoch muss der Schlagkolben vollständig aus der Führungshülse herausgleiten können. Eine deutliche Verkürzung der Axiallänge des Antriebskolbens und damit eine Verminderung seiner Masse und der damit verbundenen Leerlaufschwingungen sind die Folge.
Für ein zuverlässiges Halten des Schlagkolbens im Leerlaufbetrieb ist vorteilhafter Weise in dem Schlagwerksgehäuse eine Aufnahme für den Kolbenkopf vorgesehen.
Die Aufnahme ermöglicht den Aufbau eines Unterdrucks zum Halten des Schlagkolbens, wie später noch erläutert wird.
Die Bewegung des Schlagkolbens kann in verschiedener Weise geführt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Schlagkolben sowohl im Leerlauf- als auch im Schlagbetrieb ausschließlich durch das Schlagwerksgehäuse, z. B. mit seinem Kolbenschaft, geführt wird. Dies kann dahingehend ausgenutzt werden, dass im Schlagbetrieb, also wenn sich der Kolbenkopf des Schlagkolbens in der Führungshülse des Antriebskolbens befindet, die Führungshülse durch den Schlagkolben geführt wird, nicht jedoch durch das Schlagwerksgehäuse. Auf diese Weise können unerwünschte Doppelpassungen vermieden werden, die auftreten könnten, wenn sowohl die Führungshülse als auch der Schlagkolben jeweils im Schlagwerksgehäuse geführt würden. Eine Führung des Kolbenkopfs des Schlagkolbens im Leerlaufbetrieb ist bei ausreichender Führung des Kolbenschafts nicht erforderlich. Dementsprechend kann die vorstehend beschriebene Aufnahme für den Kolbenkopf im Schlagwerksgehäuse ausreichend groß dimensioniert sein, um Toleranzprobleme zu vermeiden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Luftfeder im Leerlaufbetrieb über das vordere Ende der Führungshülse belüftbar und entspannbar, wobei die Führungshülse keine weiteren Leerlauföffnungen zum Belüften der Luftfeder im Leerlaufbetrieb aufweist. Im Gegensatz dazu ist es beim Stand der Technik, insbesondere bei der bereits genannten DE 198 28 426 A1 erforderlich, entsprechende Leerlauföffnungen in der Führungshülse vorzusehen, um einen zuverlässigen Leerlaufbetrieb zu gewährleisten. Da jedoch erfindungsgemäß der Schlagkolben vollständig aus der Führungshülse austritt und somit die Stirnseite der Führungshülse offenliegt, sind zusätzliche Leerlauföffnungen nicht erforderlich. Der Wegfall von Leerlauföffnungen hat zur Folge, dass die Herstellungskosten des Antriebskolbens sinken und die Riss- bzw. Bruchanfälligkeit aufgrund Wegfalls der sonst durch die Leerlauföffnungen hervorgerufenen Kerbwirkung reduziert wird. Weiterhin lassen sich nicht zuletzt wegen der kürzeren Länge des Antriebskolbens Toleranzprobleme vermindern.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn in der Führungshülse wenigstens ein Luftausgleichsschlitz vorgesehen ist, der eine axiale Länge aufweist, die größer als die axiale Länge des Kolbenkopfs des Schlagkolbens ist. Dadurch lassen sich Luftverluste der Luftfeder, die bei der Schlagerzeugung aufgetreten sind, immer dann wieder ausgleichen, wenn sich der Kolbenkopf auf Höhe des Luftausgleichsschlitzes befindet. Dann nämlich steht für einen kurzen Moment die Luftfeder hinter dem Kolbenkopf mit der Umgebung vor dem Kolbenkopf in Verbindung. Wenn sich zu diesem Zeitpunkt der Antriebskolben bereits in seiner Rückbewegung befindet und somit eine Saugwirkung auf den Schlagkolben ausübt, wird durch den Unterdruck in der Luftfeder zusätzliche Luft in den Hohlraum zwischen Antriebskolben und Schlagkolben eingesaugt. Der Luftausgleichsschlitz ermöglicht es, dass die Führungshülse mit minimaler Wandstärke ausgeführt werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass an der Aufnahme, die den Kolbenkopf im Leerlaufbetrieb im Schlagwerksgehäuse hält, ein Einwegventil vorgesehen ist, das einen zwischen der Aufnahme, dem Kolbenkopf und dem Kolbenschaft gebildeten vorderen Hohlraum mit der Umgebung des Schlagwerks, z. B. einem Kurbelraum des Hammers verbindet. Beim Übergang vom Schlagbetrieb in den Leerlaufbetrieb und dem entsprechenden Gleiten des Schlagkolbens aus der Führungshülse in die Aufnahme kann dadurch ein in einem Luftpolster bestehender Luftüberdruck, der sich zwischen dem Schlagkolben und der Aufnahme bildet, über das Einwegventil zur Umgebung des Schlagwerks abgebaut werden. Wenn der Schlagkolben erst einmal in die Aufnahme eingefahren ist, schließt das Einwegventil, wodurch bei dem Versuch einer Rückbewegung des Schlagkolbens eine Saugwirkung einsetzt, die den Schlagkolben in der Aufnahme hält. Erst bei entsprechend großer Kraft, die z. B. beim Aufsetzen des Werkzeugs auf das zu bearbeitende Gestein entsteht, kann der Schlagkolben aus der Aufnahme herausgedrückt und in die Führungshülse rückgeführt werden.
Es ist nicht zwingend erforderlich, dass der Schlagkolben aus einem Kolbenkopf und einem sich davon durch seine geometrischen Abmessungen unterscheidenden Kolbenschaft besteht. Vielmehr können der Kolbenkopf und der Kolbenschaft des Schlagkolbens bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung auch einen im Wesentlichen gleichen Durchmesser aufweisen.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend unter Zuhilfenahme der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigen.
Fig. 1
einen schematischen Teilschnitt durch ein erfindungsgemäßes Luftfederschlagwerk, mit einem Schlagkolben in Schlagstellung;
Fig. 2
einen Teilschnitt des Luftfederschlagwerks, mit dem Schlagkolben in hinterster Stellung; und
Fig. 3
einen Teilschnitt des Luftfederschlagwerks mit dem Schlagkolben in Leerlaufstellung.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Luftfederschlagwerk, das z. B. in einem Schlag- und/oder Bohrhammer zum Einsatz kommt. Die Fig. 2 und 3 zeigen das gleiche Luftfederschlagwerk, jedoch mit unterschiedlichen Stellungen der sich bewegenden Kolben.
Ein Antriebskolben 1 wird über eine drehend angetriebene Kurbelwelle 2 und ein Pleuel 3 in eine oszillierende Axialbewegung versetzt. Der Antriebskolben 1 besteht im Wesentlichen aus einer Führungshülse 4 und einem die Führungshülse 4 an einer hinteren Stirnseite abschließenden Kolbenboden 5. An dem Kolbenboden 5 ist das Pleuel 3 schwenkbeweglich in bekannter Weise angeschlossen.
Der Antriebskolben 1 ist mit seiner Führungshülse 4 in einem Schlagwerksrohr 6 axial bewegbar. Das Schlagwerksrohr 6 ist Bestandteil eines Schlagwerksgehäuses.
Im Inneren der Führungshülse 4 ist in Fig. 1 ein Schlagkolben 7 gezeigt, der im Wesentlichen aus einem Kolbenkopf 8 und einem Kolbenschaft 9 besteht, wobei der Kolbenkopf 8 im Inneren der Führungshülse 4 bewegbar ist.
Der Kolbenschaft 9 wird in einem zum Schlagwerksgehäuse gehörenden Gehäuserohr 10 geführt. Für das Zusammenwirken zwischen dem Antriebskolben 1 und dem Schlagkolben 7 bedeutet das, dass der Schlagkolben 7 mit seinem Kolbenschaft 9 in dem Gehäuserohr 10 geführt wird und seinerseits über den Kolbenkopf 8 die Führungshülse 4 des Antriebskolbens 1 führt.
Zwischen dem Antriebskolben 1 und dem Kolbenkopf 8 des Schlagkolbens 7 ist ein Hohlraum 11 eingeschlossen, in dem sich eine Luftfeder ausbildet, wenn der Antriebskolben 1 hin- und herbewegt wird. Über die Luftfeder wird die oszillierende Bewegung des Antriebskolbens 1 auf den Schlagkolben 7 übertragen, der die Bewegung verzögert nachvollzieht und mit dem dem Antriebskolben 1 abgewandten, vorderen Ende des Kolbenschafts 9 auf einen nicht dargestellten Schaft eines ebenfalls nicht dargestellten Werkzeugs oder auf einen nicht dargestellten Döpper in bekannter Weise aufschlagen kann. Fig. 1 zeigt den Schlagkolben 7 in seiner Schlagstellung, also in der Stellung, in der er auf den Werkzeugschaft bzw. Döpper auftrifft.
In Fig. 1 ist gerade noch ein Teil eines Luftausgleichsschlitzes 12 erkennbar, der sich in der Führungshülse 4 mit einer axialen Länge erstreckt, die größer ist, als die axiale Länge des Kolbenkopfs 8. Die axiale Länge des Luftausgleichsschlitzes 12 kann besser in Fig. 3 erkannt werden, wo der Luftausgleichsschlitz 12 nicht durch den Kolbenkopf 8 abgedeckt ist. Dadurch ist es möglich, dass die Luftfeder im Hohlraum 11 über den Luftausgleichsschlitz 12 mit einem Hohlraum 13 vor dem Schlagkolben 7 kurzzeitig in Verbindung steht. Da sich zum Zeitpunkt des Schlags bzw. kurz vor und nach dem Schlag in der Luftfeder ein Unterdruck ausgebildet hat, wird Luft aus dem Hohlraum 13 vor dem Schlagkolben 7 in die Luftfeder eingesaugt, wodurch eventuelle Luftverluste, die zum Zeitpunkt des Druckaufbaus in der Luftfeder entstanden sind, ausgeglichen werden. Dazu kann Luft aus der Schlagwerks-Umgebung über im Schlagwerksrohr 6 oder außerhalb davon laufende Luftkanäle 15 und Durchbrüche 14 in den Hohlraum 13 vor dem Kolbenkopf 8 des Schlagkolbens 7 einströmen.
Während Fig. 1 den Schlagkolben 7 in einer vorderen Stellung, z. B. in der Schlagstellung zeigt, ist in Fig. 2 das Luftfederschlagwerk mit dem Schlagkolben 7 in hinterster Stellung dargestellt, in der immer noch der Kolbenschaft 9 im Gehäuserohr 10 geführt wird. Auch der Antriebskolben 1 befindet sich durch die entsprechende Drehung der Kurbelwelle 2 in seiner hintersten Stellung.
Fig. 3 zeigt die Stellung des Schlagkolbens 7, wenn sich das Luftfederschlagwerk im Leerlaufbetrieb befindet. Der Leerlaufbetrieb stellt sich ein, wenn der Bediener das Werkzeug vom zu bearbeitenden Gestein abhebt. Dadurch gleitet der Werkzeugschaft und gegebenenfalls der Döpper etwas aus dem Gehäuse des Hammers heraus, wodurch der Schlagkolben 7 in eine Stellung gelangen kann, die noch vor der in Fig. 1 gezeigten Schlagstellung liegt, nämlich in die in Fig. 3 gezeigte Leerlaufstellung.
Da die Führungshülse 4 des Antriebskolbens 1 gegenüber bekannten Führungshülsen stark verkürzt ist, gleitet der Schlagkolben 7 mit seinem Kolbenkopf 8 aus der Führungshülse 4 heraus und gelangt in eine zum Schlagwerksgehäuse gehörende Aufnahme 16, in der er in der in Fig. 3 gezeigten Leerlaufstellung gehalten wird. Der Antriebskolben 1 wiederum führt aufgrund der fortlaufenden Drehbewegung der Kurbelwelle 2 seine Hin- und Herbewegung fort. Die Bereitstellung der Aufnahme 16 ist nicht zwingend erforderlich. Bei einer nicht dargestellten Variante der Erfindung ist keine Aufnahme 16 vorgesehen, so dass der Schlagkolben 7 nach Austreten aus der Führungshülse 4 ausschließlich an seinem Schaft geführt wird.
Da der Kolbenkopf 8 die Stirnseite der Führungshülse 4 freigegeben hat, kann Luft über die Durchbrüche 14 in das Innere der Führungshülse 4 eindringen bzw. - bei einer Vorwärtsbewegung des Antriebskolbens 1 - auch wieder ausströmen, so dass sich im Hohlraum 11 der Führungshülse 4 keine Luftfeder ausbilden kann.
Zur Wiederaufnahme des Schlagbetriebs setzt der Bediener das Werkzeug auf das zu bearbeitende Gestein auf, wodurch sich der Werkzeugschaft und gegebenenfalls der Döpper in das Innere des Gehäuses des Hammers verlagert und den Schlagkolben 7 aus der Aufnahme 16 herausdrückt, bis er die Stirnseite der Führungshülse 4 abdeckt und in die Führungshülse 4 eingleitet. Da der Hohlraum 11 in der Führungshülse 4 dadurch von der Umgebung abgeschlossen wird, kann sich sehr schnell wieder eine Luftfeder aufbauen, wodurch der Schlagbetrieb fortgesetzt wird.
Um den Schlagkolben 7 mit seinem Kolbenkopf 8 zuverlässig in der Aufnahme 16 halten zu können, ist in der Aufnahme 16 ein im Wesentlichen aus einer oder mehreren Öffnungen 17 sowie einem Gummiring 18 bestehendes Einwegventil vorgesehen. Die Öffnungen 17 verbinden den Raum 13 (vorderer Hohlraum) vor dem Kolbenkopf 8 über Durchbrüche 19 und die Luftkanäle 15 mit der Umgebung. Der Gummiring 18 liegt über den Öffnungen 17. Er wird im Falle eines Druckaufbaus in dem vorderen Hohlraum 13 etwas abgehoben, so dass die Luft aus dem vorderen Hohlraum 13 über die Öffnungen 17 und die Durchbrüche 19 an die Umgebung austreten kann (bei einem Druckaufbau durch die Vorwärtsbewegung des Schlagkolbens 7). Der Schlagkolben 7 hat dadurch die Möglichkeit, vollständig in die Aufnahme 16 einzudringen.
Es ist nicht erforderlich, dass die Aufnahme 16 den Kolbenkopf 8 in der in den Figuren gezeigten Weise eng oder ringförmig umschließt. Wie oben bereits ausgeführt, kann bei einer Variante der Erfindung die Aufnahme 16 ganz fehlen. Alternativ dazu kann der ringförmige Teil der Aufnahme 16 einen ausreichenden Abstand zum Kolbenkopf 8 aufweisen, um die Gefahr von Doppelpassungen zu vermeiden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der Schlagkolben 7 mit seinen Kolbenschaft 9 bereits ausreichend geführt wird.
Wenn der Überdruck im vorderen Hohlraum 13 abgebaut worden ist, bzw. der Kolbenkopf 8 vollständig in die Aufnahme 16 eingedrungen ist, verschließt der Gummiring 18 wieder die Öffnungen 17. Wenn - wie in Fig. 3 gezeigt - der Umfang des Kolbenkopfs 8 mit relativ hoher Passgenauigkeit in der ringförmigen Aufnahme 16 liegt, und der vordere Hohlraum 13 praktisch nicht mehr existiert, entsteht eine Saugwirkung auf den Schlagkolben 7, die ihn in der in Fig. 3 gezeigten Stellung in der Aufnahme 16 hält, auch wenn der Antriebskolben 1 seine Hin- und Herbewegung fortführt und entsprechende Luftströmungen vor dem Schlagkolben 7 erzeugt. Auch Erschütterungen des Hammers reichen nicht aus, um den Schlagkolben 7 aus seiner Leerlaufstellung herauszubewegen. Erst bei Aufsetzen des Werkzeugs auf das Gestein verschiebt der Werkzeugschaft bzw. der damit gekoppelte Döpper den Kolbenschaft 9 und damit den Schlagkolben 7 aus der Leerlaufstellung gemäß Fig. 3 wieder in die Schlagstellung gemäß Fig. 1, so dass der Schlagbetrieb wieder aufgenommen wird.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform kommt ein Schlagkolben 7 zum Einsatz, der einen Kolbenkopf 8 mit größerem Durchmesser und einen Kolbenschaft 9 mit geringerem Durchmesser aufweist. Das Grundprinzip der Erfindung, nämlich das Austreten des Schlagkolbens aus der Führungshülse des Antriebskolbens und die damit verbundene kurze Bauform des Antriebskolbens lässt sich jedoch auch bei anders geformten Schlagkolben anwenden. Insbesondere ist es möglich, dass der Schlagkolben nur aus einem Kolbenkopf besteht, bzw. dass der Kolbenkopf und der Kolbenschaft im Wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweisen. Der in den Figuren gezeigte Schlagkolben 7 mit einem Kolbenkopf 8 größeren und einem Kolbenschaft 9 verhältnismäßig kleineren Durchmessers weist jedoch eine stoßtheoretisch günstige Form auf.
Weiterhin ist es möglich, dass der Antriebskolben nicht - wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform - einstückig hergestellt wird, sondern aus verschiedenen Bauelementen zusammengesetzt ist. So kann es z. B. zur weiteren Verminderung der Masse des Antriebskolbens zweckmäßig sein, die Führungshülse aus Stahl, den Kolbenboden hingegen aus Kunststoff oder einem anderen leichten Material herzustellen.
Es ist weiterhin nicht immer erforderlich, dass der Kolbenkopf des Schlagkolbens in Leerlaufstellung in einer Aufnahme gehalten wird. Vielmehr ist bei einer nicht dargestellten anderen Ausführungsform der Erfindung der Schlagkolben im Leerlaufbetrieb ausschließlich am Kolbenschaft geführt, nachdem er die Führungshülse des Antriebskolben verlassen hat. Die Führung erfolgt dann z. B. durch ein dem Gehäuserohr von Fig. 1 entsprechendes Bauelement.

Claims (11)

  1. Luftfederschlagwerk für einen Schlag- und/oder Bohrhammer, mit
    einem in einem Schlagwerksgehäuse (6) axial hin- und herbewegbaren Antriebskolben (1) mit einer im Wesentlichen hohlzylindrischen Führungshülse (4) und einem die Führungshülse (4) tragenden Kolbenboden (5):
    einem axial hin- und herbewegbaren Schlagkolben (7) mit einem Kolbenkopf (8) und einem Kolbenschaft (9); und mit
    einem zwischen dem Antriebskolben (1) und dem Schlagkolben (7) ausbildbaren und in einem Schlagbetrieb eine Luftfeder umschließenden Hohlraum (11):
    wobei
    in dem Schlagbetrieb der Schlagkolben (7) wenigstens teilweise in der Führungshülse (4) des Antriebskolbens (1) axial bewegbar ist:
    dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge, der Führungshülse (4) derart bemessen ist, dass in einem Leerlaufbetrieb der Schlagkolben (7) vollständig aus einem vorderen Ende der Führungshülse (4) herausgeglitten ist.
  2. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Leerlaufbetrieb der Schlagkolben (7) nicht durch die Führungshülse (4), sondern im Wesentlichen durch einen feststehenden Teil des Schlagwerksgehäuses (10, 16) axial geführt und gehalten wird.
  3. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlagkolben (7) im Schlagbetrieb mit seinem Kolbenkopf (8) wenigstens teilweise in der Führungshülse (4) des Antriebskolbens (1) axial bewegbar ist.
  4. Luftfederschlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge der Führungshülse (4) kleiner als ein maximaler Axialweg des Schlagkolbens (7) zwischen seinen Extremstellungen ist.
  5. Luftfederschlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Leerlaufbetrieb und/oder im Schlagbetrieb der Schlagkolben (7) ausschließlich an seinem Kolbenschaft (9) oder an seinem Kolbenschaft (9) und an seinem Kolbenkopf (8) axial geführt wird.
  6. Luftfederschlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schlagwerksgehäuse eine Aufnahme (16) für den Kolbenkopf (8) des Schlagkolbens (7) im Leerlaufbetrieb vorgesehen ist.
  7. Luftfederschlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfeder im Leerlaufbetrieb über das vordere Ende der Führungshülse (4) belüftbar und entspannbar ist, und die Führungshülse (4) keine weiteren Leerlauföffnungen zum Belüften der Luftfeder im Leerlaufbetrieb aufweist.
  8. Luftfederschlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Führungshülse (4) wenigstens ein Luftausgleichsschlitz (12) vorgesehen ist, der eine axiale Länge aufweist, die größer als die axiale Länge des Kolbenkopfs (8) des Schlagkolbens (7) ist.
  9. Luftfederschlagwerk nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch die Aufnahme (16), den Kolbenkopf (8) und den Kolbenschaft (9) gebildeter vorderer Hohlraum (13) über ein Einwegventil (17, 18) mit der Umgebung koppelbar ist.
  10. Luftfederschlagwerk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Einwegventil einen wenigstens eine Öffnung (17) zu dem vorderen Hohlraum (13) abdeckenden, radial vorgespannten, elastischen Ring (18) aufweist.
  11. Luftfederschlagwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenkopf (8) und der Kolbenschaft (9) des Schlagkolbens (7) den gleichen Durchmesser aufweisen.
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